Físicos del MIT han logrado un avance en la precisión de los relojes atómicos al desarrollar una técnica de espectroscopía mejorada cuánticamente que lleva los relojes ópticos de red más allá de los límites fundamentales del ruido cuántico. Su investigación, publicada en la revista Nature el 8 de octubre de 2025, demuestra cómo entrelazar cientos de átomos de iterbio puede duplicar la precisión de los dispositivos de cronometraje.
Técnica revolucionaria de mejora cuántica
El equipo de investigación, dirigido por Vladan Vuletić en el Laboratorio de Investigación en Electrónica del MIT, desarrolló un método llamado "espectroscopía de fase global" que aprovecha el entrelazamiento cuántico para reducir el ruido cuántico, una limitación fundamental que oscurece las oscilaciones atómicas. El avance consiste en entrelazar cientos de átomos de iterbio en una cavidad óptica formada por espejos curvados, donde la luz láser rebota miles de veces, creando correlaciones cuánticas entre los átomos.
A diferencia de los relojes atómicos tradicionales que rastrean oscilaciones de átomos de cesio a 10 mil millones de veces por segundo, los nuevos relojes atómicos ópticos monitorizan átomos de iterbio que laten 100 billones de veces por segundo, 10,000 veces más rápido que las frecuencias de microondas. La mejora cuántica permite que estos relojes logren una ganancia metrológica de 2.4 decibelios más allá del límite cuántico estándar, con una mejora de 4.0 decibelios en la sensibilidad al ruido del láser.
Superando la barrera del ruido cuántico
La innovación se centra en aprovechar lo que los científicos antes consideraban irrelevante: la fase global que se acumula cuando la luz láser interactúa con átomos entrelazados. "Uno podría pensar que no hemos hecho nada", explicó Vuletić. "Se obtiene esta fase global de los átomos, que normalmente se considera irrelevante. Pero esta fase global contiene información sobre la frecuencia del láser".
La técnica emplea un enfoque sofisticado llamado eco rotatorio para contrarrestar las inhomogeneidades en el acoplamiento luz-átomo, preservando la coherencia cuántica en todo el conjunto atómico. Los investigadores también implementaron una estrategia de medición diferencial con cancelación de ruido que codifica simétricamente la información de fase a través de dos estados de espín nuclear, suprimiendo efectivamente los errores de modo común mientras amplifica la verdadera señal atómica.
Aplicaciones transformadoras en el horizonte
La mayor precisión podría revolucionar la investigación de la física fundamental y sus aplicaciones prácticas. "Con estos relojes, la gente está intentando detectar materia oscura y energía oscura, probar si realmente existen solo cuatro fuerzas fundamentales, e incluso ver si estos relojes pueden predecir terremotos", señaló Vuletić. La escalabilidad de la técnica y su resistencia a imperfecciones experimentales la hacen prometedora para relojes atómicos portátiles que podrían utilizarse en diversas mediciones científicas.
La investigación se basa en el trabajo previo del equipo de 2020, cuando demostraron por primera vez que el entrelazamiento cuántico podía mejorar la precisión de los relojes atómicos al redistribuir, esencialmente, la incertidumbre de la medición para revelar "tics" atómicos más claros. Su logro más reciente extiende exitosamente estas técnicas de mejora cuántica al dominio óptico, donde los átomos oscilan a frecuencias mucho más altas que los sistemas tradicionales basados en microondas.